Бная смесь, виды и свойства. (Структура Бной смеси. Реологические свойства Бной смеси. Управление реологическими свойствами Бной смеси).

В процессе изготовления и твердения Ба можно выделить два пе­риода, когда мат-л характеризуется различными свойствами и состоянием: 1) до схватывания Ца и превращения Ба в твердое тело - Бная смесь и 2) период твердения и эксплуатации мат-ла, обладающего всеми свойствами твердого тела - Б. Бной смесью называют рационально составленную и однородно перемешанную смесь компонентов Ба до начала схватывания и процессов твердения. Вследствие наличия внутр.сил взаимодействия между частицами твердой среды и воды (молекулярное сцепление, вязкое трение, капиллярные силы адгезии воды) Бная смесь приобретает вязкость и соответственно определенные свойства, кот-ые характерны для структурированных вязких жидкостей. По своим свойствам Бные смеси занимают промежуточное положение между вязкими жидкостями и твердыми телами. От истинно вязких жидкостей они отличаются наличием некоторой прочности структуры или структурной вязкостью, возникающей благодаря силам вязкого трения; от твердых тел - отсутствием достаточной упругости формы и способностью к значительным необратимым пластическим деформациям течения даже при незначительных нагрузках. Св-ва БС зависят от ее структуры и составляющих ее свойств. БС обладает рядом особенностей: 1) способность БС псевдоразжижаться или становиться более подвижной под влиянием механических воздействий (виброуплотнение), 2) постоянное изменение свойств - это потеря подвижности под влиянием физ.-хим. процессов и взаимодействия воды и Ца (гидратация) вплоть до полного схватывания системы и превращения в твердое тело. Систему удобно рассматривать как 2х-компонентную, т.е. состоящую из ЦК и зап-ля. Бную смесь получают при затворении водой смеси Ца с зап-лем. В нее также могут входить специальные до­бавки и вовлеченный в процессе приготовления смеси воздух. Бную смесь получают и при затворении смеси зап-лей органическими и другими жидкими связующими. Основным структурообразующим компонентом БС явл-ся ЦТ, в состав кот-го входят: вода, Ц, тонкомолотые наполнители или микронаполнители. Частицы Ца и тонкомолотые добавки отличаются высокоразвитой пов-тью раздела твердое тело-жидкость. В таких системах сильнее проявляются силы адсорбционного и молекулярно-капиллярного взаимодействия. Для описания поведения Бной смеси в различных условиях ис­пользуют ее реологические характеристики: предельное напряжение сдви­га, вязкость и период релаксации. Для определения этих свойств применя­ют специальные вискозиметры. Подобные исп-ния выполняют главным образом в научно-исследовательских лабораториях. В произ-венных же условиях контролируют чаще всего подвижность (текучесть) смеси, для че­го применяют приборы, позволяющие быстро и сравнительно просто полу­чать необходимую характеристику Бной смеси. Для полной оценки Бной смеси и правильной организации произ-ва Бных и железоБных изделий и конструкций необходимо знать и другие свойства смеси: ее уплотняемостъ, однородность, расслаиваемостъ, изменение объема в процессе затвердевания, воздухововлечение, первоначальную прочность (для жестких Бных смесей при применении немедленной распалубки изделий). Особенностью Бной смеси является практически постоянное из­менение свойств ее от начала приготовления до затвердевания, что обуслов­ливается сложными физико-химическими процессами, протекающими в Бной смеси и Бе. Вследствие наличия сил вза­имодействия между дисперсными частицами твердой фазы и воды эта сис­тема приобретает связанность и может рассматриваться как единое физиче­ское тело с определенными реологическими, физическим и механическими свойствами. Основное влияние на эти свойства оказывают кол-во и качество Цного теста, так как именно Цное тесто, являясь дисперсной си­стемой, имеет высокоразвитую поверхность раздела твердой и жидкой фаз, что способствует развитию сил молекулярного сцепления и повышению связанности системы. Решающее влияние на свойства Бной смеси ока­зывает расход воды, так как он определяет объем и строение жидкой фазы и развитие сил сцепления, характеризующих связанность и подвижность всей системы. Способность структурированных систем изменять свои реологичес­кие свойства под влиянием механических воздействий и восстанавливать их после прекращения воздействия называется тиксотропией. В технологии Ба это свойство широко используют для формования изделий из малоподвижных и жестких смесей путем воздействия на них вибрацией, встря­хиванием, толчками. Представление о поведении Бной смеси при воздействии на нее внешних сил дает реологическая кривая (рис. 1), которую можно разде­лить на три участка. На первом участке при небольших значениях напряже­ний сдвига t сохраняется неразрушенная первоначальная структура Б­ной смеси, характеризующаяся наибольшей вязкостью h₀. После достиже­ния критического напряжения t1 соответствующего пределу текучести си­стемы, начинается разрушение структуры, которое продолжается вплоть до полного разрушения при предельном напряжении t1. На этом втором участ­ке по мере разрушения системы эффективная вязкость Бной смеси по­стоянно падает при увеличении напряжений сдвига. После того как система предельно разрушена, Бная смесь приобретает наименьшую вязкость (так называемую пластическую вязкость h_m - третий участок кривой), кото­рая не зависит от значений действующих напряжений и не изменяется при их увеличении. Как показали исследования, реологическая модель невибри-руемой Бной смеси может быть описана уравнением Шведова – Бингама: t = tо+ h_m×du/dх, где h_m - пластическая (остаточная) вязкость системы, которая может рассматриваться как коэф-т пропорциональности (коэф-т вяз­кости) между напряжением и скоростью сдвига; du/dх - градиент скорости сдвига.

Это уравнение характеризует поведение Бной смеси при транс портировании по трубам с помощью Бонасосов и при укладке очень подвижной смеси некоторыми безвибрационными способами

Рис. 1. Зависимость вязкопластических свойств Бной смеси напряжений сдвига: а - структурной вязкости; б - скорости деформации течения (aо и am - углы, характеризующие значения коэф-тов вязкости системы).

На практике часто приходится решать задачу о подборе со­става Бной смеси, наилучшим образом отвечающего данной техноло­гии изготовления конструкций. Для решения подобных задач необходимо знать взаимосвязь между составом Бной смеси и ее реологическими свойствами. Для оценки последних в произ-венных условиях применя­ют упрощенные методы, получая технологические характеристики Б­ной смеси: показатель жесткости, осадку конуса и др., которые характери­зуют поведение смеси в определенных условиях и служат для ориентиро­вочной оценки способности смеси к формоизменению и уплотнению при тех или иных условиях воздействия. Преимущество технических методов определения подвижности Бной смеси - быстрота исп-ния и сравни­тельная простота используемых приборов, доступных для любой стр-ной лаборатории. Однако на основе этих исп-ний нельзя получить полной реологической кривой Бной смеси и соответственно полных данных о ее реологических свойствах. Для получения реологических характеристик Бной смеси применяют специальные приборы и вискозиметры. Существенное влияние на структурную вязкость и тиксотропию ока­зывает тонкость помола Ца. Вначале с повышением тонкости помо­ла структурная вязкость предельно разрушенной структуры и коэф-т тиксотропии уменьшаются. При тонкости помола 4500...6000 см²/г наблю­даются минимальные значения этих величин, а при дальнейшем увеличе­нии тонкости помола структурная вязкость и коэф-т тиксотропии воз­растают (рис. 2).

Рис. 2. Реологические характеристики Цного теста из различных фракций Ца при В/Ц= 0,325, частоте 3000 кол/мин. В смесях с более тонкомолотыми частицами значительно возрастают силы внутреннего сцепления за счет действия межмолекулярных и адгези­онных сил, уменьшается толщина водных прослоек и, как рез-т, возра­стает структурная вязкость смеси. Вибрационное воздействие, вызывающее ослабление сил внутреннего воздействия, в этом случае оказывает большое влияние на изменение свойств смеси, что выражается в повышении коэф-та тиксотропии. В смесях с более грубым помолом твердой фазы все большее значе­ние приобретают силы внутреннего трения, так как значительная часть во­ды располагается в пустотах, а не между зернами мат-ла, не играя роль активной смазки, и структурная вязкость смеси возрастает. Вибрация, спо­собствующая уменьшению внутреннего трения, в этом случае заметно вли­яет на изменение реологических свойств смеси, что выражается в увеличе­нии коэф-та тиксотропии. На рис. 3 показано изменение реологических характеристик в за­висимости от крупности зерен твердой фазы. С уменьшением размера среднего зерна уменьшается кажущееся трение, но возрастает предельное напряжение сдвига. Структурная вязкость предельно разрушенной структу­ры или связанная с ней потребляемая мощность вибратора оказывается ми­нимальной при определенной крупности зерен твердой фазы или при опре­деленном соотношении мельчайших частиц (Ца) и крупных частиц (зап-ля). При этом мельчайшие фракции песка или тонкомолотые ми­неральные добавки будут оказывать влияние на реологические свойства Бной смеси подобно частицам Ца. Другими словами, в Бной смеси существует такое соотношение между Цом и зап-лем, в том числе между песком и щебнем, при котором структурная вязкость смеси будет наименьшая, подвижность - на­ибольшая, а для ее уплотнения потребуется затратить наименьшее кол-во энергии. Применяемые в настоящее время способы определения соста­ва Ба учитывают это обстоятельство.

Рис. 3. Влияние крупности D_пр зап-ля на реологические свойства б.с. Большое влияние на реологические свойства Бной смеси оказы­вает соотношение между водой и Цом и между водой и твердой фа­зой. На рис. 4 показано влияние водоЦного отношения на структур­ную вязкость Цного раствора: Рис. 4. Зависимость структурной вязкости h_m предельно разрушенной структуры Цного раствора состава 1:3 от В / Ц при частоте 3000 кол/мин.

С увеличением В/Ц структурная вязкость и коэф-т тиксотропии резко уменьшаются. Следует заметить, что уменьшение структурной вязкости на­блюдается и при уменьшении В/Ц (левая ветвь кривой h_m = f(В/Ц)), од­нако в этом случае только условно можно говорить о структурной вязкости, так как в действительности при очень низких В/Ц смесь просто теряет свя­занность и рассыпается, и ее нельзя рассматривать как сплошную массу с определенными свойствами. Цное тесто и Бная смесь могут со­хранять связанность только в определенном интервале значений В/Ц, вели­чина которых зависит от реологических свойств Ца, зап-лей и состава Бной смеси. При высоких значениях В/Ц начинается расслоение Бной смеси, оседание зерен твердой фазы, образование пустот, запол­ненных водой, вытекание избыточной воды из смеси, так как Бная смесь уже не способна удержать в связанном состоянии повышенное сод-ние воды. Нарушается однород­ность смеси, резко возрастает разброс рез-тов при определении реоло­гических характеристик. Такие смеси непригодны для использования.

Структурную вязкость Б­ной смеси можно значительно умень­шить при применении пластифициру­ющих добавок (рис. 5). Эффектив­ность применения добавок зависит от вида и дозировки добавки, вида Ц, состава б.

Рис. 5. Влияние пластиф-щей добавки на структурную вязкость h_m раствора состава 1:3: 1 - добавка СДБ; 2 - добавка суперпластификатора типа МСФ. Как уже говорилось, реологи­ческие свойства Бной смеси не остаются постоянными и под влиянием физико-химических процессов, протекающих при взаимодействии Ца и воды, постепенно изме­няются: повышаются вязкость и предельное напряжение сдвигу. Степень изменения ре­ологических свойств зависит от вида Ца, водоЦного от­ношения, состава Ба, tы Бной смеси, применяе­мых добавок и других факторов. Понижение В/Ц и повышение tы Бной смеси вызыва­ет повышение стр-рной вязкос­ти и предельного напряжения сдвига Бной смеси.